Fumero ist Tochter kubanischer Eltern, die als Teenager von Kuba in die USA zogen. Sie studierte an der New York University, wo sie 2003 ihren Abschluss Bachelor of Fine Arts machte. Besondere Bekanntheit erlangte sie mit ihren Rollen der Adriana Cramer in der US-amerikanischen SeifenoperLiebe, Lüge, Leidenschaft, der Zoe in Gossip Girl und ihrer Hauptrolle neben Andy Samberg als Amy Santiago in Brooklyn Nine-Nine.
Seit dem 9. Dezember 2007 ist sie mit ihrem Liebe, Lüge, Leidenschaft-Serienpartner David Fumero verheiratet. Am 24. März 2016 brachte sie einen Sohn, Enzo, zur Welt.[1][2] Am 14. Februar 2020 brachte sie ihren zweiten Sohn, Axel, zur Welt.[3]
↑Nardine Saad: Melissa Fumero of ‘Brooklyn 99’ welcomes a baby boy with David Fumero. In: Los Angeles Times. 25. März 2016, ISSN0458-3035 (latimes.com [abgerufen am 30. Juli 2017]).